Attività Elettrica del Cuore PDF

Attività Elettrica del Cuore  ATTIVITÀ ELETTRICA DEL CUORE Potenziali d’azione cardiaci: ü cellule pacemaker e di conduzione ü cellule contrattili Conduzione e propagazione dei potenziali d’azione Periodo refrattario Proprietà elettriche del cuore: ü...

Attività Elettrica del Cuore  ATTIVITÀ ELETTRICA DEL CUORE Potenziali d’azione cardiaci: ü cellule pacemaker e di conduzione ü cellule contrattili Conduzione e propagazione dei potenziali d’azione Periodo refrattario Proprietà elettriche del cuore: ü Cronotropismo ü Dromotropismo ü Batmotropismo Elettrocardiografia Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  ATTIVITÀ ELETTRICA DEL CUORE Premesse: 1. L’attività elettrica precede l’attività meccanica 2. L’attività elettrica del cuore è innescata dal potenziale d’azione che insorge spontaneamente nelle cellule pacemaker ed è regolata dal SNA 3. Atri e ventricoli si contraggono in modo autonomo 4. Tutte le cellule degli atri o dei ventricoli devono contrarsi simultaneamente 5. Gli atri devono attivarsi (e quindi contrarsi) prima dei ventricoli 6. I ventricoli si contraggono dall’apice alla base per assicurare una sistole efficace Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  CELLULE DEL CUORE Cellule Contrattili Miocardiociti comuni o Cellule di lavoro, costituiscono la maggior parte del tessuto cardiaco. I potenziali d’azione che le invadono determinano la contrazione. Cellule di conduzione Creano i potenziali d’azione che vengono condotti rapidamente a tutto il cuore ma non contribuiscono alla generazione della forza. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia CELLULE DEL CUORE Cellule del nodo SA, a spiccata attività pacemaker, determinano il ritmo cardiaco Cellule internodali o del tessuto di conduzione atriale: permettono la propagazione rapida del potenziale al miocardio atriale per condurlo al NAV Cellule del NAV, permettono la propagazione lenta del potenziale d’azione al ventricolo e possiedono attività pacemaker Cellule del Fascio di His, attraversano il setto AV e si sdoppiano nella branched di dx e sx che conducono rapidamente l’impulso ai ventricoli grazie alle cellule di Purkinje Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Eccitabilità cellulare: ripasso Cosa sono e come funzionano i canali ionici Caratteristiche principali dei canali voltaggio-dipendenti per Na+, K+ e Ca2+ Polarizzazione della membrana cellulare Depolarizzazione e ripolarizzazione Potenziale di riposo Potenziale d’azione Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  CANALI IONICI Il passaggio di cariche attraverso la membrana è permesso grazie alla presenza di specifici CANALI IONICI, proteine transmembrana che formano un vero e proprio canale in grado di fare passare gli ioni da una parte all’altra della membrana. I canali ionici, che sono chiusi quando la membrana è in una condizione di riposo, si aprono in seguito a stimoli specifici. I canali ionici sono SELETTIVI, cioè fanno passare soltanto uno o poche specie ioniche. Esisteranno quindi canali specifici per il Na+, il K+, Il Ca++ e il Cl-. Possiamo distinguere i canali ionici in: Canali voltaggio-dipendenti, che si aprono in seguito ad uno stimolo di tipo elettrico che modifica il potenziale di membrana. Ogni canale ionico ha una soglia di apertura, cioè si apre quando il potenziale di membrana raggiunge un certo valore. Canali chemio-dipendenti, che si aprono in seguito al legame con una sostanza chimica. Fanno parte di questi canali i recettori ionotropici, cioè i recettori canale che si aprono quando vi si lega un neurotrasmettitore. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Canali voltaggio-dipendenti per il sodio Sono presenti in tutte le cellule eccitabili. Permettono il passaggio di Na+ dall’esterno all’interno della cellula. Hanno una bassa soglia di attivazione (cioè si attivano per piccole variazioni del potenziale di membrana che vengono “sentite” da uno specifico sensore). Si inattivano molto velocemente. Sono responsabili della FASE DI DEPOLARIZZAZIONE del potenziale d’azione. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Canali voltaggio-dipendenti per il potassio Permettono il passaggio di K+ dall’interno all’esterno della cellula, portando quindi i valori di potenziale di membrana a valori più negativi. Sono responsabili della FASE di RIPOLARIZZAZIONE del potenziale d’azione. Un’altra tipologia di canali per il K+ è responsabile del mantenimento del potenziale di riposo. Si tratta dei cosiddetti canali di “leakage”, cioè di perdita, presenti in tutte le membrane cellulari. Questi canali sono sempre aperti e permettono il passaggio di piccole quantità di potassio per stabilizzare la differenza di potenziale della membrana a riposo. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Canali voltaggio-dipendenti per il calcio Canali ad alta soglia Si attivano a seguito di una marcata depolarizzazione, cioè quando il valore di potenziale di membrana raggiunge i -20 mV. Si trovano nelle cellule muscolari, nervose ed endocrine. Dei canali del Ca++ ad alta soglia fanno parte i canali di tipo: L, N, P/Q, R I canali di tipo L (long-lasting) sono coinvolti in: Accoppiamento eccitazione-contrazione nel muscolo scheletrico e cardiaco Depolarizzazione rapida delle cellule pacemaker del cuore Fase di plateau del potenziale d’azione dei miocardiociti (cellule cardiache contrattili) Sono bersaglio di diversi farmaci tra cui i calcio-antagonisti (es. nifedipina) Canali a bassa soglia Si attivano a un valore di potenziale di membrana compreso tra -65 e -50 mV, cioè molto vicini al potenziale di riposo. Sono i canali di tipo T (transienti) responsabili del potenziale d’azione delle cellule pacemaker del cuore e di alcuni neuroni. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia POLARIZZAZIONE della MEMBRANA CELLULARE La membrana di tutte le cellule risulta polarizzata a causa della ripartizione di cariche elettriche di segno diverso (positive e negative) tra compartimento intracellulare e compartimento extracellulare. La membrana è infatti una barriera che separa due soluzioni con diversa composizione chimica e quindi con diversa carica elettrica. Ciò determina l’instaurarsi di una DIFFERENZA di POTENZIALE a cavallo della membrana. Tale differenza di potenziale è mantenuta dalla SELETTIVITÀ della membrana che impedisce il passaggio degli ioni in condizioni di riposo. L’ambiente intracellulare sarà negativo rispetto all’ambiente extracellulare poiché è ricco di PROTEINE che si ritrovano dissociate sotto forma di anioni. Extracell Na+, Cl-, Ca2+ ++++++++++++++++++++++ ΔV = -70 mV ------------------------------- Intracell K+, A- Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Equilibrio elettrochimico La forza chimica che spinge lo ione fuori dalla cellula è controbilanciata da una forza elettrica uguale e contraria che spinge lo ione dentro la cellula. Il flusso dello ione sarà = 0. Equazione di Nernst E = 60 log [ione]est EK = - 90 mV ENa = + 68 mV [ione]int ECa = +128 mV Conduttanza Determina il flusso effettivo di una molecola attraverso la membrana ed è influenzata dalla permeabilità della membrana alla molecola. Equazione di Goldman Vm = Rt ln Pk [K]e + PNa [Na]e + PCl [Cl]i Se GK>>GNa, Vm = EK (potenziale di riposo) F Pk [K]i + PNa [Na]i + PCl [Cl]e Se GNa>>GK , Vm = ENa (potenziale d’azione) Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  DEPOLARIZZAZIONE e IPERPOLARIZZAZIONE Quando la cellula viene eccitata, gli ioni riescono ad attraversare la membrana e si modifica il potenziale. Parleremo di DEPOLARIZZAZIONE della membrana quando la differenza di potenziale diminuisce, cioè si avvicina allo zero. Parleremo di IPERPOLARIZZAZIONE della membrana quando la differenza di potenziale aumenta, arrivando fino a valori di circa -110. Parleremo di RIPOLARIZZAZIONE quando il potenziale ritorno ai suoi valori di riposo. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  POTENZIALE di MEMBRANA La polarizzazione delle membrana a riposo dipende dalla diversa distribuzione di cariche sui due versanti. Ricordiamo che la membrana a riposo: - È permeabile al K+ che esce dalla cellula grazie al suo gradiente di concentrazione tramite i canali passivi fino allo stabilirsi dell’equilibrio elettrochimico - È impermeabile al Na+, che, nonostante sia richiamato dentro la cellula dalla forza chimica ed elettrica, non riesce ad entrare a causa della bassa - È impermeabile agli anioni proteici che determinano la negatività interna della cellula - È permeabile al Cl- che si distribuisce passivamente ai due lati della membrana Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  POTENZIALE D’AZIONE Il potenziale d azione è un fenomeno che si verifica nelle cellule eccitabili e consiste in rapide variazioni del potenziale di membrana che passa da un valore negativo a un valore positivo (depolarizzazione) e termina con il ripristino del potenziale di membrana (ripolarizzazione). È determinato dall’attivazione coordinata dei canali ionici voltaggio- dipendenti. È autorigenerativo, cioè riesce a propagarsi a distanza senza decremento. È un fenomeno che segue la cosiddetta “Legge del tutto o nulla”, cioè si innesca o non si innesca e, quando insorge, è sempre uguale a sé stesso e non può essere modulato in ampiezza. Può però essere modulata la frequenza di scarica con cui insorgono i potenziali d’azione. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  POTENZIALE D’AZIONE Fase ascendente: aumento permeabilità al Na+ che entra nella cellula à il potenziale di membrana diventa positivo. Fase discendente: diminuzione della permeabilità al Na+ e aumento della permeabilità al K+ che fuoriesce dalla cellula à Il potenziale di membrana torna ad essere negativo e si ripristina il potenziale di riposo. Soglia: depolarizzazione minima che la membrana deve raggiungere per far insorgere un PA. Durata: Il PA ha durata diversa nel: Tessuto nervoso: 1-2 ms Muscolare: 5-10 ms Cardiaco: 200- 400 ms Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  POTENZIALE D’AZIONE Na+ Na+ Na+ 1. Una piccola quantità di Na+ Na+ K+ passa dall’ambiente extracellulare alla cellula 2. Il passaggio del Na+ dentro la Extracell cellula fa diminuire la forza ++++++++++++++++++++++ elettrica che si oppone alla fuoriuscita del K+ 3. Ciò spinge il K+ ad uscire dalla ------------------------------- cellula Intracell 4. Ad evitare un flusso ionico continuo di Na+ e K+ che Na+ K+ estinguerebbe la dV ai due lati della membrana, interviene la K+ K+ POMPA Na+/K+ Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  CARATTERISTICHE del POTENZIALE D’AZIONE nelle CELLULE del CUORE Durata: il potenziale d’azione dnelle cellule cadiche ha una lunga durata se confrontato alle altre celllue eccitabili. Ciò determina la lunghezza del periodo refrattario e quindi l’impossibilità delle cellule di essere eccitate da un altro stimolo prima che sia completata la contrazione evitando i fenomeni tetanici Plateau: il potenziale d’azione delle cellule dei miocardiociti comuni e delle cellule del Purkinje è caraterizzato da una fase di plateau che determina la lunghezza del potenziale d’azione e quindi il periodo refrattario Potenziale di membrana: il potenziale di membrana è stabile nei miocardiociti comuni ma è instabile nelle cellule di conduzione che hanno il ruolo di pacemaker Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO MIOCARDIOCITI COMUNI Fase 0: depolarizzazione rapida o inversione di potenziale. Determinata da un aumento transitorio della conduttanza al Na+ (gNa) che determina una corrente entrante di Na+ (INa) che tende al potenziale di equilibrio per il Na+ (+65 mV). Questo non viene raggiunto perché i canali del Na+ diventano inattivi, per cui il potenziale raggiunge il valore di circa +20 mV. L'entità dell’inversione del potenziale è influenzata dal valore del potenziale di riposo. Se questo è più negativo (membrana iperpolarizzata), l'inversione di potenziale è più veloce perché il gradiente elettrochimico è maggiore e molti canali del Na+ sono disponibili. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO MIOCARDIOCITI COMUNI Fase 1: ripolarizzazione parziale precoce La depolarizzazione rapida è seguita da una breve fase di ripolarizzazione dovuta a: diminuzione della gNA con cessazione della INa per inattivazione rapida dei canali del del Na+ corrente transiente uscente di K+ (Ikto) causata dal gradiente elettrochimico del K+ e dalla gK elevata Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO MIOCARDIOCITI COMUNI Fase 2: Plateau Fase della durata di 150-200 msec evidente soprattutto nelle cellule ventricolari e del Purkinje. Il potenziale di membrana è relativamente stabile a valori di circa 0 mV perché le correnti entranti ed uscenti si eguagliano grazie a: Aumento della gCa che determina una Ica entrante lenta (slow inward) attraverso i canali del Ca2+ di tipo L sensibili alla diidropiridina Corrente uscente di K+ lenta (Ikv) o delayed rectifier che controbilancia la Ica La corrente entrante di Ca2+ media anche il meccanismo di eccitazione- contrazione tipico del cuore: rilascio di Ca2+ Ca2+-indotto Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO MIOCARDIOCITI COMUNI Fase 3: Ripolarizzazione La ripolarizzazione che è iniziata lentamente nella Fase 2, prosegue velocemente nella Fase 3 determinando il ritorno al potenziale di riposo. Si verifica quando le correnti uscenti diventano maggiori delle correnti entranti: diminuzione gCa e aumento gK. La corrente uscente di K+ cessa quando si raggiungono i valori vicini al potenziale di riposo che sono simili a quelli del potenziale di equilibrio per il K+. Entrano in gioco i canali Kir (inward rectifier, a riposo) Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO MIOCARDIOCITI COMUNI Fase 4: Fase di riposo o diastole elettrica La membrana si ripolarizza e torna ai valori di riposo stabile, con le correnti uscenti ed entranti che si eguagliano (valori che tendono all’equilibrio elettrochimico del K+ grazie all’elevata per il K+ (gK1). La corrente uscente per il K che ne deriva si equilibra con una modesta corrente entrante di Na+ e Ca2+ (gNa e gCa basse a riposo). Attenzione: gK1 elevata ma forza motrice bassa perché siamo vicini all’equilibrio elettrochimico à corrente uscente per il K+ piccola gNa e gCa basse ma forze motrici molto elevate perché siamo lontani dal potenziale di equilibrio elettrochimico dei due ioni à corrente entranti piccole Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia Potenziale d’azione di un miocardiocita Fase 0: Canali volt-dip. Na+ LEC à LIC Soglia di attivazione: -65 mV Depolarizzazione rapida Fase 1: Canali Transienti per il K+ LIC à LEC Attivati dalla depolarizzazione Ripolarizzazione rapida Fase 3: Canali lenti per il K+ Fase 2: LIC à LEC Canali lenti per il Ca++ Attivati dalla depolarizzazione LEC à LIC Ripolarizzazione completa Soglia di attivazione -35 mV Fase di plateau Fase 4: Riposo Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia Potenziale d’azione di una cellula pacemaker Fase 0, depolarizzazione È determinata dall’inversione del potenziale di membrana ed è dovuta ad un aumento della gCa e a una corrente entrante di Ca2+ principalmente tramite i canali del Ca2+ di tipo L. In parte è a che determinata dall’apertura dei canali del Ca2+ di tipo T. Fase 1 e 2: assenti Fase 3 È dovuta a un aumento della gK che determina una corrente uscente di K+ favorita dalle elevate forze elettromotrici (gradiente chimico ed elettrico) per il K+ à ripolarizzazione della membrana Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Potenziale d’azione di una cellula pacemaker Fase 4, depolarizzazione spontanea o potenziale pacemaker Determina l'automaticità delle cellule pacemaker. In questa fase si raggiunge il valore più negativo del potenziale di membrana (massimo potenziale diastolico) che è di circa −65 mV, ma non si raggiunge il potenziale di riposo. Si innesca una depolarizzazione lenta dovuta a una corrente entrante cationica mista tramite i canali funny per il Na+ e i canali T per il Ca2+ T à If e ICa(T). Questa corrente differisce da quella che innesca la depolarizzazione nei miocardiociti poiché è di maggiore durata. N.B. La velocità della depolarizzazione L’apertura dei canali funny fa in modo che la della fase 4 determina la frequenza ripolarizzazione del precedente potenziale cardiaca poiché modifica il tempo d'azione non possa portare il potenziale di necessario a raggiungere ka soglia per membrana ai valori riposo ma a un valore soglia innescare il potenziale d’azione. Il SNA che fa aprire i canali del Ca2+ di tipo T che regola la Fc agendo sulla fase 4. avviano l’inversione di potenziale. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Potenziale d’azione di una cellula pacemaker Potenziale di membrana: instabile (- 60 mV) Potenziale soglia: ingresso rapido di Na+ mediato dai canali If e potenziato dall’entrata di Ca++ Aumento del potenziale d’azione: mediato dall’ngresso di Ca++ Ripolarizzazione: rapida uscita di K+ Durata potenziale d’azione: variabile, circa 150 ms Potenziale di riposo: Non presente Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia PERIODO REFRATTARIO Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Pacemaker latenti Oltre alle cellule del nodo SA, le cellule del nodo AV, del fascio di His e delle fibre del Purkinje riescono a depolarizzarsi spontaneamente durante la Fase 4 e sono dette pacemaker latenti. Normalmente la frequenza cardiaca è regolata dalle cellule del nodo SA che hanno la frequenza di depolarizzazione più veloce e riescono a generare più velocemente i potenziali d'azione perchè hanno il periodo refrattario più breve à soppressione dei pacemaker latenti da sovrastimolazione Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Pacemaker latenti Il pacemaker latente diventa il pacemaker primario (pacemaker o focus ectopico) quando: q la frequenza di eccitazione del nodo SA diminuisce o si arresta (es. stimolazione vagale, rimozione o soppressione del nodo SA); q la frequenza di eccitazione intrinseca del pacemaker latente supera quella del nodo SA; q patologie delle vie di conduzione impediscono il passaggio del potenziali d’azione dal nodo SA al resto del cuore. RITMO NODALE: frequenza di 40-60/min Permette la trasmissione del PA dagli atri ai ventricolicon ritardo ma consente di completare la contrazione degli atri prima che inizi quella dei ventricoli. RITMO IDIOVENTRICOLARE: frequenza di 15-20/min Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia Potenziale d’azione di diverse cellule cardiache Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  SISTEMA DI CONDUZIONE CARDIACO Il sistema di conduzione cardiaco inizia nel nodo SA. La via internodale connette il nodo SA al nodo AV Il fascio di His e le sue branche trasportano il segnale alle fibre del Pukinje all’apice del cuore. Il potenziale d'azione impiega circa 220 msec per passare dal nodo SA a tutti i ventricoli. La conduzione attraverso il nodo AV ha una bassa velocità (ritardo AV) per permettere ai ventricoli di completare la diastole prima di contrarsi. La conduzione attraverso le fibre di Purkinje è molto veloce per permettere ai ventricoli di attivati rapidamente e in modo ordinato in modo da garantire l'eiezione di sangue. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia Cronotropismo Effetto cronotropo positivo esercitato dall’ortosimpatico Nor à Rec. β1 nodo SA à Gs à AC à cAMPC Aumento If con aumento della velocità di depolarizzazione nella Fase 4 Aumento Ica con reclutamento di più canali del Ca2+ à diminuzione del potenziale soglia Maggiore frequenza di attivazione del nodo SA e avvio di un maggiore numero di PA nell’unità di tempo à AUMENTO FREQUENZA CARDIACA Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia Cronotropismo Effetto cronotropo negativo esercitato dal parasimpatico Ach à Rec. M2 nodo SA à Gi(Gk) à dim. AC à dim. cAMPC Diminuzione If e velocità depol. in Fase 4 Aumento conduttanza K+ (canale K+-ACh) con aumento corrente uscente di K+, iperpolarizzazione del massimo potenziale diastolico e allontanamento delle cellule del nodo SA dalla soglia Diminuzione Ica con reclutamento di meno canali del Ca2+ à aumento del potenziale soglia Minore frequenza di attivazione del nodo SA e avvio di un minore numero di PA nell’unità di tempo à DIMINUZIONE FREQUENZA CARDIACA Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia Cronotropismo Effetto cronotropo negativo specifico dell’ivabradina Inibizione selettiva e specifica della corrente pacemaker cardiaca If senza effetti sui tempi di conduzione intra-atriale, AV o intra-ventricolare, né sulla contrattilità miocardica o sulla ripolarizzazione ventricolare. Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Cronotropismo Effetto esercitato dai calcio-antagonisti Agiscono sui canali del calcio di tipo L prolungando così la durata del potenziale d'azione e diminuendo la conduttanza del calcio nelle cellule miocardiche e della muscolatura liscia vasale à effetto cronotropo e inotropo negativo. Effetto esercitato dai beta-bloccanti Agiscono antagonizzando di β adrenergici e contrastando il sistema RAA à effetto cronotropo negativo, dromotropo negativo, inotropo negativo e anti- ipertensivante Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia  Farmaci anti-aritmici Antiaritmici di classe I: bloccano i canali del Na+ Classe IA: inibizione della la fase 0 di depolarizzazione rapida e prolungamento del potenziale d'azione. Es. chinidina, disopiramide, procainamide Classe IB: si dissociano più rapidamente dai canali del sodio e riducono la durata della fase 3 di ripolarizzazione diminuendo la durata del potenziale d'azione. Es. lidocaina, tocainide, mexiletina e fenitoina Classe IC: inibizione della la fase 0 di depolarizzazione rapida che determina un rallentamento della depolarizzazione iniziale. Es. flecainide, propafenone, moricizina Antiaritmici di classe II Beta-bloccanti Es. propranololo, sotalolo, nadololo, atenololo, acebutololo, pindololo Antiaritmici di classe III Agiscono bloccando i canali del potassio nella fase 3 e quindi inibendo la ripolarizzazione. Es. ibutilide, amiodarone Antiaritmici di classe IV Bloccano i canali del Calcio in fase 2 rallentando quindi la fase di ripolarizzazione della membrana cellulare. Es. verapamil, diltiazem Antiaritmici di classe V Adenosina: agisce sul nodo AV tramite i rec. A1 (Gi--> dim. AMPc) Glicosidi digitalici: inibiscono la pompa Na+/K+-ATPasi di membrana aumento i livelli di Na+ intra cellulare e modificando di conseguenza i livelli di Ca2+ Daniela Puzzo – Lezioni di Fisiologia